马海燕
甘肃省水利水电勘测设计研究院 甘肃省兰州市 730000
摘要：甘肃中部地区广泛分布有新生代古近系（E）、新近系（N）红色碎屑岩。古近系（E）为一套内陆山麓—河湖相碎屑沉积，分布于静宁凹陷盆地、陇渭凹陷南部边缘地带，由紫红～灰白色砂岩夹砂砾岩等组成。新近系（N）为一套红色为主的内陆河湖相碎屑沉积，广泛分布于香泉—内官等凹陷盆地之中。该类岩石由于成岩程度差，胶结较弱，岩性软弱，具有特殊的工程地质性质。
关键词:甘肃;中部;红层软岩;工程;地质特性
1红层软岩的物质组成
1.1颗粒组成
由于其成岩时代、岩性特征的不同，其颗粒组成有所不同，根据颗粒组成可将红色软岩划分为E3砂岩夹砂砾岩、N2砂砾岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩四大岩组。
就颗粒组成而言，N2泥质粉砂岩、粉砂质泥岩的粘粒（＜0.005mm）含量多在13～32.3%之间，粉粒（0.005～0.075mm）含量45.6～73.7%之间，砂粒（0.075～0.05mm）含量＜30%，且胶粒含量高，骨架颗粒以中细砂为主；N2砂砾岩细砾（5～2mm）含量在15～27.3%，砂粒(2～0.075mm)含量多>75%，以粗砂为主，粉粒(＜0.075mm)含量多＜10%。作为胶结物的粘土基质成分含量不均一，在6.5～11.4%，随着泥质含量增大而其胶结程度相对较高，以泥质弱胶结为主；E3砂岩夹砂砾岩砾石(20～2mm)>40%，砂粒(2～0.075mm)含量>55%，以粗砂为主,粉粒(0.005～0.075mm)含量多＜3%,颗粒组成以中粗粒为主，级配不良。作为胶结物的粘土基质成分含量较少，含量在1.3～3.3%，泥质胶结微弱，成岩程度差。但不同地方、不同岩性仍有差异。该结果也表明红层岩石的岩相变化大，在不同地段岩石的组成也不均匀。
1.2岩石的矿物成分
在红层软岩中，试样的石英、长石、方解石矿物的含量一般都在40~70%之间；粘土矿物主要为伊利石、绿泥石、蒙脱石等，含量一般都在30~46%之间，其中绿泥石一般为10~22.7%，伊利石6.3~28%，蒙脱石则小于15%，N2砂砾岩除了含有26~28%的石英、长石外，还含有不等量的下伏加里东期花岗岩碎块，胶结物则为泥质及泥钙质胶结，这说明该砂砾岩属于盆地红色碎屑岩和泥岩建造的边缘相地带，物源区较近。
2.红层软岩的物理力学特征
2.1红层软岩的力学特征
2.1.1红层软岩的抗压强度
在天然条件下，红层岩石强度均较低，其天然抗压强度多小于10MPa。由于岩性、含水量、胶结程度，胶结物成分等的差异，其强度有所变化，泥钙质胶结的E3砂岩夹砂砾岩、N2砂砾岩强度稍高，天然抗压强度分别在8.5~12.8MPa，2.1~16.0MPa，泥质胶结的N2泥质粉砂岩、粉砂质泥岩相对较小，分别为1.6~11.0MPa，0.6~7.3MPa。另外，从引洮供水等工程施工实际，红层软岩在开挖后因卸荷松弛的结果，随暴露时间的延长，其干密度逐渐降低，相应的天然抗压强度也随之减小。因此，在施工过程中应尽量防止建基面暴露时间过长，使其天然抗压强度降低，并采用预留保护层等适当的开挖保护措施。
2.1.2红层岩石的弹性模量
因岩石在自重压密、构造挤压压密以及胶结情况等方面的差异，其弹性模量也有所不同，在天然条件下可达0.27~6.51GPa；而在干燥条件下为2.9~5.9GPa，因此，不论是天然还是干燥情况下，红层软岩的弹模量的变化与其物性指标的变化是一致的。此外，由于室内的饱和与天然条件下岩石的饱和的环境条件存在较大的差别，室内饱和试样的弹性模量普遍偏低，其平均值为0.578~0.857GPa，最大可达1.11GPa，最小仅为0.287GPa。
由上可见，红层软岩岩样室内试验的成果值离散性大，除岩性本身的差别外，所取岩样保持原状性与否是成果差别大的主要原因。
2.2红层岩体的变形特性
2.2.1泥岩类岩体的变形特性与环境的关系
当在平洞中进行泥岩类岩体的变形试验时，岩体要经历两个方面的松弛：一是由于二次应力引起的岩石松弛或回弹，这与其它非泥岩的松弛、回弹是类同的；二是暴露在平洞中的泥岩吸收洞内水份或潮湿空气，引起岩石的膨胀或松弛，这是泥岩独有的特性，这种变化对泥岩的变形特性影响极大。平洞中进行泥岩的变形试验，如果不注意这一问题，不仅获得的变形参数离散性大，量值偏低，而且也不能代表处于“原位状态下”泥岩的变形参数，只能代表松弛、吸湿条件下的变形参数。由于上述原因，泥岩的变形特性试验、评价、取值必须紧密地与其所处的环境相对应。
2.2.2甘肃中部红层泥岩变形试验成果分析、评价
在甘肃中部古、新近系红层地区的引洮供水、洮河梯级电站等工程先后完成较多的岩体变形试验。获得了不同松弛情况下岩体的变形参数，大致分为以下两种情况：
（1）试验时岩体吸湿松弛小，获得的变形参数较高，从表1可以看出，当平硐开挖后短时间内进行试验时，泥岩的变模较高，这些试验成果，可以作为评价地基开挖后泥岩基本未松弛、吸水的地基岩体变形参数取值的依据。
松弛度不同的泥岩类岩体变形试验成果表1
（2）平洞开挖后松弛时间较长，或试验点位于地下水位以下，岩体有吸湿情况下变形试验成果：平洞开挖，由于二次应力的作用，洞室周边出现松动圈，在软岩中，不仅松弛速度快，而且松动圈的厚度也比中坚硬岩大。在开挖时间较长的平洞中进行的变形试验，尽管在制样时清除了一些松弛的岩体，但仍然会在较厚的松弛圈内试验，因而获得的变形参数偏低，有的试件因浸水，其变形参数更低，松弛时间较长的泥岩变形模量与同一地区、同一岩性、同样风化程度、相近干密度、孔隙率、同样的环境条件下基本未松弛的泥岩的变形模量相差8~9倍。这些试验成果可以作为评价地基表层有一定松弛、吸湿地段的岩体变形参数参考。
3.结论
古、新近系红层软岩由于成岩时间短，围岩稳定性极差，属Ⅴ类围岩。另外，因泥岩具长期流变特性，二次衬砌应充分考虑围岩流变压力。
参考文献:
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论文作者:马海燕
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/25
标签：泥岩论文; 松弛论文; 砂砾论文; 岩石论文; 砂岩论文; 含量论文; 特性论文; 《防护工程》2018年第15期论文;